在一带一路的时代背景下和绿色低碳的环境需求下,按照我国“降煤、稳油、增气”的能源战略布局,天然气的需求量进一步扩大。我国现阶段开发的气田大多数是低压、低渗、低丰度的“三低”气田,井底积液严重制约气井产能,开展有效的排水采气工艺措施成为解决井底积液问题的关键。目前排水采气工艺一般会下入电缆或管柱,或者需要地面配套设备,从而导致工艺结构复杂,存在操作难度大,施工成本高,设备易损坏等问题,另外投放泡排剂等化学药剂容易产生地层环境污染,有着明显的使用局限性。根据“三低”气田的特点以及气井中后期大量出水的实际情况,设计一种结构简单、适应性强、能耗低且经济效益好的排水采气工艺技术,实现气井总体经济效益最大化,是目前有水气井开发亟待解决的首要问题。目前,涉及这方面的文献与成果有限,尚未有此类工艺的描述。因此,本课题对于排水采气的研究具有十分重要的意义。本文首先分析了国内外常用的排水采气工艺及设备的优缺点;然后针对“三低”气田的特点,设计了一种针对不同的地层气体,不需要地面辅助设备,采取不下管、不下杆、不下电缆的方式,提前下入地层,不需要外界能量输入,充分利用地层气体的能量,并且没有环境污染,实现排水采气的一种全新的预置管柱气动式排水采气工艺技术方案。在设计过程中首先分析了井底积液产生的原因,并对井底积液进行了预测和积液量的计算,然后进行工艺系统参数的确定,之后进行总体方案设计分析和方案优选,确定了整体工艺技术方案,同时完成了整体方案和具体结构的设计;之后利用ANSYS软件分析插入密封模块的密封性能,同时确定过盈量、胶筒接触长度和摩擦系数对插入密封模块密封性能的影响,并通过正交试验,确定最终优化参数,完成对插入密封模块的优化分析,为实际加工生产提供优选的设计参数;最后利用AMESim软件进行了液压仿真,并对仿真结果进行分析,主要分析了气源压力、换向频率和弹簧刚度对气液增压动态性能的影响,为改善气液增压性能,提高排水采气效果提供了充足的理论依据和设计参考。分析结果表明,设计的预置管柱气动式排水采气设备具有操作便捷、适用性强、成本低、无污染、设备简单的优点,满足“三低”气田的排水采气要求。